鋼鐵材料滲碳工藝的新發展

滲碳工藝是一個十分古老的工藝，在中國，最早可上溯到2000年以前。起先是用固體滲碳介質滲碳。在20世紀出現液體和氣體滲碳并得到廣泛應用。后來又出現了真空滲碳和離子滲碳。到現在，滲碳工藝仍然具有非常重要的實用價值，原因就在于它的合理的設計思想，即讓鋼材表層接受各類負荷（磨損、疲勞、機械負載及化學腐蝕）最多的地方，通過滲入碳等元素達到高的表面硬度﹑高的耐磨性和疲勞強度及耐蝕性﹐而不必通過昂貴的合金化或其它復雜工藝手段對整個材料進行處理。這不僅能用低廉的碳鋼或合金鋼來代替某些較昂貴的高合金鋼，而且能夠保持心部有低碳鋼淬火后的強韌性﹐使工件能承受衝擊載荷。因此，完全符合節能、降耗，可持續發展的方向。

近年來，出現了高濃度滲碳工藝，與傳統工藝在完全奧氏體區（溫度在900～950℃，滲碳后表面碳質量分數為0.85%～1.05%）進行滲碳不同，它是在Ac1～Accm之間的不均勻奧氏體狀態下進行，其滲層表面碳濃度可高達2％～4％。其結果可獲得細小顆粒碳化物均勻、彌散分布的滲層。其滲碳溫度降至800℃～860℃溫度范圍，可實現一般鋼材滲碳后直接淬火；由于高濃度滲碳層含有很高數量（20％～50％）的彌散分布的碳化物，故顯示出比普通滲碳更優異的耐磨性、耐蝕性，更高的接觸與彎曲疲勞強度，較高的沖擊韌度、較低的脆性及較好的回火穩定性。該工藝還具有適用性廣、對設備無特殊要求等優點，具有較高的經濟效益和實用價值，近年來在國內外獲得競相研究與開發。

為了防止滲碳過程中奧氏體晶粒的粗化，一般都在鋼材中添加適量的鈦，通過形成碳氮化鈦粒子釘扎晶界而阻止晶粒長大。國家標準規定滲碳鋼中鈦添加量為0.04～0.08wt%。然而，最近有研究工作表明，當鈦含量超過0.032%，就會在滲碳鋼冶煉鑄錠凝固時析出氮化鈦。這種氮化鈦尺寸達到微米數量級，起不到阻止奧氏體晶粒長大的作用，反而由于這種呈立方體的粒子的尖角效應以及與基體組織的不連續性而成為微裂紋的策源地和裂紋擴展的中繼站，嚴重損害鋼材的韌塑性。工作還表明，將鈦含量降至0.02～0.032%，仍然能夠同樣有效地起到控制奧氏體晶粒長大的作用，而又可避免有害氮化鈦粒子的形成，因此是值得推薦的合理的選擇范圍。